6.- Equilibrios de solubilidad
EQUILIBRIOS DE SOLUBILIDAD EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- Una disolución saturada de tetraoxofosfato (V) de plata, contiene 3,4·10 −5 moles por litro de ion R// 3,61.10−17 fosfato. Calcula el producto de solubilidad de dicha sal.
Si la disolución está saturada el Ag 3PO4(s) está en equilibrio con con sus iones disueltos, y llamando “S” a la solubilidad: Ag3PO4(s) ⇔ 3 Ag Ag+(aq) + PO43− (aq) (I) a (Eq) a-S 3S S Kps = [Ag+]3 [PO43−]
Kps = (3S)3 · S = 33 · S4 = 27 (3,4·10 −5)4
Kps = 3,61·10−17
2.- Para preparar 250 ml de disolución saturada de bromato de plata se usaron 1,75 g de esta sal. R//9.10−4 Hallar el Kps del bromato de plata.(Ar:Br=80 plata.(Ar:Br=80 Ag=107,87 O=16)
La solubilidad del AgBrO3 será: 1,75 S=
nº molesdis sdis. V (lit )
=
235 235,87 = 0,03 mol lit 0,25
Equilibrio de solubilidad: AgBrO3(s) ⇔ Ag+(aq) + BrO3− (aq) (Eq) a-S S S Kps = S·S = 0,03 2 = 9·10−4 3- Una disolución saturada de CaF 2(aq) está en equilibrio con CaF 2(s). Indica qué sucederá si: A) Se añaden 1,5 g de fluoruro de sodio soluble. B) Se añaden 1,5 g de fluoruro fluorur o de calcio. C) Se añaden 5 ml de agua. R// A) Precipitará CaF2 B) Nada C) Se disolverá algo de CaF 2
Aplicando el Principio de Le Chatelier al equilibrio heterogéneo: CaF2(s) ⇔ 2 F−(aq) + Ca2+(aq) A) El NaF en disolución se disocia según: NaF(s) → Na+(aq) + F −(aq) luego producirá un aumento en la concentración de F − (aq), por tanto, el equilibrio se desplazará en el sentido inverso para minimizar minimizar la pertur perturbaci bación ón produc producida, ida, esto es, para consumir consumir F −. B) El aumento de la cantidad de CaF 2(s) no modifica el equilibrio, ya que, una vez saturada una disolución, es indiferente la cantidad de soluto sólido que haya en contacto con la disolución. C) Al añadir agua las concentraciones se hacen menores, y el sistema evolucionará en el sentido directo para restablecerlas.
65
6.- Equilibrios de solubilidad
4.- Una disolución saturada de hidróxido de cinc tiene un pH = 8,35. Hallar su pKs
Ecuación del equilibrio: (eq)
R// 17,251
Zn(OH)2(s) ⇔ Zn2+(aq) + 2 OH− (aq) a-S S 2S
El pH = 8,35 ⇒ pOH = 14-8,35 = 5,65 ⇒ [OH−] = 2S = 10−5,65 ⇒ S = 1,12·10−6 M Kps= S (2S)2 = 4S3 = 4·(1,1·10 −6)3
Kps = 5,61·10−18 pKps = -log 5,61·10−18 = 17,251
5.- La solubilidad del Mn(OH) 2 en agua es de 0,0032 g/l. Hallar su Kps y el pH necesario para que no precipite el hidróxido de manganeso (II) en una disolución que es 0'06 M en Mn 2+ R// pH< 8,245 (Masa molecular (Mr) del Mn(OH) 2 = 89)
Expresemos la solubilidad en mol/litro:
Eq)
S=
0,0032
= 3,6 • 10
−5
mol
l 89 Mn(OH)2(s) ⇔ Mn2+(aq) + 2 OH− (aq) a-S S 2S Kps = 3,6·10 −5 (2·3,6·10−5)2 = 1,86·10 −13
La precipitación comienza en el momento en que se satura la disolución, entonces se cumple: 2+
− 2
2+
Kps = [Mn ] [OH ] , si [Mn ] = 0,06 M:
[OH ] = −
1,86 • 10 −13 0,06
−6 = 1, 76 • 10 M
pH = 14- pOH = 14 + log 1,76·10 −6 = 8,245 Para que no haya precipitación: [OH−] < 1,76·10−6 M, luego pH < 8,245 6.- Hallar la solubilidad del PbF 2 en una disolución 0,2 M de nitrato de plomo(II). R// 2,23.10 4 M Kps(PbF2) = 4·10−8
Tenemos en una disolución dos sustancias, de una de ellas es poco soluble, pues nos dan el Kps, mientras que la otra es soluble y, por tanto, se disolverá y se disociará iónicamente en su totalidad . Reacción correspondiente a la sustancia soluble: Pb(NO3)2(s) → 2 NO3− (aq) + Pb2+(aq) → 0,2 0,2 0,2 Equilibrio de solubilidad de la sustancia poco soluble, que estará influenciado por la anterior reacción, por tener un ion común. PbF2(s) ⇔ 2 F−(aq) + Pb2+(aq) - (I) a 0,2 (Eq) a-S 2S 0,2 +S Kps = [F−]2 [Pb2+] ⇒ 4·10−18 = (2S)2 (0,2+S) Como Kps es pequeño: 0,2 +S ≈ 0,2 4·10−18 = 4·S2·0,2 S = 2,23·10 −4 M
66
6.- Equilibrios de solubilidad
7.- A un volumen de agua se añaden AgCl(s) y AgBr(s) en exceso. Hallar las concentraciones de + Ag , Cl y Br en el equilibrio. R//1,3.10 5 M 1,3.10 5 M 3,85.10 8 M Kps (AgCl)=1,7·10−10 Kps(AgBr)=5·10−13
En la disolución hay dos equilibrios simultáneos: AgCl(s) ⇔ Ag+(aq) + Cl−(aq) AgBr(s) ⇔ Ag+(aq) + Br −(aq) La disolución está saturada tanto en AgCl como en AgBr, luego en ella hay: a) AgCl(s) y AgBr(s) en contacto con la disolución b) Los aniones Cl− (aq) y Br − (aq), con unas concentraciones de equilibrio: [Cl−] y [Br −] c) El catión Ag +(aq), en cuya concentración intervienen ambas sales, a esta concentración de equilibrio, la llamamos [Ag+]. Es evidente que se tiene que cumplir: [Ag+] = [Cl−] +[Br −] (balance de cargas) Este “balance de cargas” expresa la electroneutralidad de la disolución. Inicialmente el sistema es electricamente neutro, pues tiene agua, AgCl y AgBr, que son sustancias neutras, el principio de conservación de las cargas exige que también sea neutra la disolución resultante. Kps(AgCl) = [Ag+] [Cl−] = 1,7·10−10 Kps(AgBr) = [Ag+] [Br −] = 5·10−13 + − − [Ag ] = [Cl ] +[Br ]
[Ag ] = +
[Cl ] = −
1,7 • 10 −10
[Ag ] +
1,7 • 10 −10 1,3 • 10
−5
+
5 • 10−13
[Ag ] +
[
⇒ Ag
−5
= 1,3 • 10 M
]
+ 2
= 1,7 • 10
[Br ] = −
−10
+ 5 • 10
5 • 10 −13 1,3 • 10
−5
−13
[
⇒ Ag
+
] = 1,3 • 10
−5
M
−8
= 3,85 • 10 M
8.- Se mezclan 3.10 −5 moles de sulfato de hierro (III) y 10 −5 moles de hidróxido de bárico, con agua hasta un litro de disolución. ¿Se formará precipitado?. Justificar la respuesta numéricamente. R// Habrá precipitado de Fe(OH) 3 K ps (BaSO4)= 1,5·10−9, K ps (Fe(OH)3) = 6·10−38.
El sulfato de hierro(III) es soluble, luego: Fe2(SO4)3(s) → 2 Fe3+(aq) + 3 SO42− (aq) −5 3·10−5 M 9·10−5 M → 6·10 M El hidróxido de bario es soluble: Ba(OH)2(s) → 2 OH− (aq) + Ba2+(aq) −5 → 2·10 M 10−5 M 10−5 M Si la disolución se satura en BaSO 4 se alcanzará el equilibrio: BaSO4(s) ⇔ Ba2+(aq) + SO42− (aq) a este equilibrio le corresponde una Kps=1,5·10 −9 Para que se forme precipitado se deberá cumplir:
[SO ] • [Ba ] 2− 4 0
2+
0
≥ Kps
9·10−5 · 10−5 = 9·10−10 < 1,5·10−9
No precipita el BaSO4 (la disolución no se satura) El equilibrio de solubilidad del hidróxido de hierro(III) es: 67
6.- Equilibrios de solubilidad
Fe(OH)3(s) ⇔ Fe3+(aq) + 3 OH− (aq) El Kps para el Fe(OH) 3, para que precipite se debe cumplir:
[Fe ] • [OH ] 3+
−
0
3 0
≥ Kps
6·10−5 (2·10−5)3 = 48·10−20 > 6·10−38
Se forma precipitado de Fe(OH) 3(s) 9.- El Kps(AgCl)= 1,2·10 −10. Hallar la concentración de iones plata en una disolución obtenida al mezclar 50ml de nitrato de plata 0,4 M con 50ml de cloruro de aluminio 0,5 M. R//2,18.10−10
El nitrato de plata y el cloruro de aluminio, son sales solubles: AgNO3(s) → Ag+(aq) + NO3− (aq) 0,4 M → 0,4 M 0,4 M 3+ AlCl3(s) → Al (aq) + 3 Cl− (aq) 0,5 M → 0,5 M 1,5 M Suponiendo volúmenes aditivos, las concentraciones de Ag +(aq) y Cl− (aq): [Ag + ]0 = 0,4 • 0,05 = 0,2M [Cl − ]0 = 1,5 • 0,05 = 0,75M 0,1 0,1 Hay precipitad o de AgCl(s) si [Ag + ]0 • [Cl − ]0 ≥ Kps 0,2·0,75 = 0,15 > 1,2·10
-10
Se forma precipitado de AgCl(s).
Como el Kps es pequeño, precipitará prácticamente todo el AgCl(s) que pueda formarse: Cl− (aq) + Ag+(aq) → AgCl(s) (I) 0,75 0,2 -0,2 -0,2 (R) 0,2 - (F) 0,55 0,2 Ahora tenemos un exceso de AgCl(s) en una disolución con una concentración 0,55 M de − Cl , con lo que la disolución se saturará , llegando al equilibrio: AgCl(s) ⇔ Ag+(aq) + Cl− (aq) - (I) 0,2 0,55 (Eq) 0,2-x x 0,55+x Kps = 1,2·10−10 = x (0,55 +x) como el Kps es pequeño: 0,55 +x ≈ 0,55 0,55 x = 1,2·10 −10 x= 2,182·10 −10 M 10.- A una disolución 0,1 M en Ca 2+ y 0,1 M en Ba 2+ se añade lentamente sulfato de sodio. (A) Hallar la concentración de SO 42− cuando aparece el primer precipitado. (B) Hallar las concentraciones de Ca 2+ y Ba2+ cuando comienza a aparecer el segundo precipitado. K ps(CaSO4) = 2,4·10−5, K ps(BaSO4) = 1,1·10−10 R// A) 1,1.10−9 M B) 0,1 M y 4,58.10−7 M
El sulfato de sodio es una sal soluble, luego a medida que llegue a la disolución se disolverá y se + disociará completamente : Na2SO4(s) → 2 Na (aq) + SO4=(aq) El CaSO4(s) comenzará a precipitar cuando: 2,4·10 −5 = 0,1·[SO4=] ⇒[SO4=] = 2,4·10−4 M El BaSO4(s) comenzará a precipitar cuando: 1,1·10 −10= 0,1·[SO4=] ⇒[SO4=] = 1,1·10−9 M Es evidente que precipitará primero el BaSO 4(s), pues precisa de una menor concentración de anión sulfato, esta concentración es: [SO4=] = 1,1·10−9 M 68
6.- Equilibrios de solubilidad
Para que empiece a precipitar el CaSO 4(s): -4 = 2+ [SO4 ] = 2,4·10 M, y [Ca ] = 0,1 M. Como la disolución sigue estando saturada en BaSO 4, tenemos ahora una disolución en la que hay dos equilibrios de solubilidad simultáneos. Por tanto deberá seguir cumpliéndose: 1,1·10 −10 = [Ba2+] [SO4=] = [Ba2+]·2,4·10−4 ⇒ [Ba2+]·= 4,58·10−7 M 11.- Se mezclan 10 ml de BaCl 2 0,1 M con 40 ml de Na 2SO4 0,1 M. ¿Precipitará sulfato de bario?. En caso afirmativo hallar las concentraciones de todos los iones presentes en la disolución, tras la R// 1,83.10−10 M 0,06 M precipitación. El Kps (BaSO4)= 1,1·10−10.
El BaCl2(s) es soluble: El Na2SO4(s) es soluble:
BaCl2(s) → Ba2+(aq)·+ 2 Cl−(aq) 0,1 M → 0,1 M 0,2 M Na2SO4(s) → 2 Na+(aq) + SO4=(aq) 0,1 M 0,1 M → 0,2 M -
[Ba ] 2+
Para que precipite BaSO 4(s) se deberá cumplir: [Ba2+]0·[SO4=]0 ≥ 1,1·10 10 0,1 • 0,01 0,1 • 0,04 = = 0,02 M = 0,08M SO 24 − = 0 0 0,05 0,05
[
]
0,02 • 0,08 = 1,6 • 10 −3 > 11 , • 10 −10 Pr ecipita BaSO 4 (s) Para saber cuanto sulfato de bario precipita podemos plantear el equilibrio: BaSO4(s) ⇔ Ba2+(aq) + SO4=(aq) (I) 0,02 0,08 (Eq) x 0,02-x 0,08-x 1,1·10 10 = = (0,02-x) (0,08-x) Al ser Kps muy pequeño prácticamente todo el BaSO 4(s) que pueda formarse precipitará, la [Ba2+] y la [SO4=] son muy pequeñas y la ecuación de 2ºgrado dará soluciones poco satisfactorias. Un modo mejor de resolver el problema consiste en: 1. Suponer que precipita todo el BaSO 4(s) posible (como si la precipitación fuera completa). 2. Parte del BaSO 4(s) se disuelve hasta alcanzar el equilibrio de solubilidad: BaSO4(s) ⇔ Ba2+(aq) + SO4=(aq) ← 0,02 I) 0,08 - F) 0,02 0,06
-------------------------------------------------- I´) 0,02 0,06 Eq) 0,02-x x 0,06 +x -
1,1·10 10 = x (0,06+x) ≈ x·0,06 x = 18,3·10 −10 M + Conclusión: [Ba2+] = 18,3·10 10 M [ Na ] = 0,16 M − = [SO4 ] = 0,06+x ≈ 0,06 M [Cl ] = 0,04 M nº moles de BaSO4(s) que han precipitado =(0,02 -x)·0,05 ≈ 0,001 moles
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6.- Equilibrios de solubilidad
EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 12.- Una disolución de AgCl está saturada cuando la concentración de Ag + es 1,3·10−5M, hallar el Kps del AgCl. R// 1,69·10−10 13.- ¿Cuántos moles de yodato de cobre (II) se pueden disolver en 5 litros de agua si su producto de solubilidad es Kps = 7,4·10 −8 ?. R// 0,013 moles 14.- Sabiendo que los Kps del cloruro de plata y del fosfato de plata son, respectivamente, 1,7·10 −10 y 1,8·10−18, ¿cuál de estas sales es más soluble? R// El fosfato de plata 15.- ¿En cuál de estos tres líquidos se disolverá una mayor cantidad de cloruro de plomo (II)?: Agua, una disolución 0,1 M de nitrato de plomo (II) o una de NaCl 0,1 M R// En el agua +
16.- Se tiene el sistema en equilibrio: Fe(OH) 2(s) = Fe 2(aq) + 2 OH−(aq). Explica cómo se modifica la solubilidad del Fe(OH) 2: 1) Cuando se añade Fe(OH)2(s). 2) Al disminuir el pH. R// 1) No se altera 2) Aumenta 17.- El hidróxido de calcio es poco soluble. Se dispone de 100 ml. de una disolución saturada de dicho hidróxido. Razonar si la masa del sólido, en esa disolución aumenta, disminuye o no se altera al añadir : a) agua b)disolución de NaOH c) disolución de HCl d) disolución de CaCl 2. R// a)Disminuye b)aumenta c)disminuye d)aumenta 18.- Tenemos hidróxido de manganeso(II)(s) en el fondo de una disolución del mismo y en equilibrio con sus correspondientes iones. Explica que sustancia podríamos añadir si queremos: a)Disolver el precipitado. b)Aumentar la cantidad de precipitado. R// a)Un ácido, (p.ej.HCl(aq)) b)Un hidróxido soluble, (p.ej NaOH) o un compuesto de Mn 2+ -
+
19.- El Kps del sulfato de plomo (II) es 2·10 8. Hallar la concentración de Pb 2 en una disolución en la que la concentración de sulfato de sodio es 0'142 g/l. (Ar:Na=23 S=32 O=16) R// 2.10 5 -
-
20.- Hallar la concentración de F en una disolución saturada de CaF 2 (Kps= 3,9·10 11). Hallar esa + concentración si la disolución es además 0,2 M en cloruro cálcico. La concentración de Ca 2 si la disolución es 0,2 M en NaF. R// 4,27.10 4M 13,96.10 6M 9,75.10 10M 21.- Se tiene una disolución de nitrato de plata y se añade cromato potásico sólido hasta que la + concentración de CrO 4= = 0,001 M. Calcular la concentración de Ag en la disolución resultante. Producto de solubilidad del cromato de plata es 2·10 12 R// 4,47·10 5 M -
22.- El Kps del BaF2 es 1,7·10 6. Hallar la solubilidad en g/l del fluoruro de bario y los gramos de NaF(s) que se deben añadir a 100 ml de disolución 0,005 M de nitrato de bario para iniciar la precipitación de fluoruro de bario. (Ar:F=19 Ba=137,34 Na=23) R// 1,32 g/l 0,07745 g. 23.- ¿Precipitará carbonato de cinc al mezclar 50 ml de carbonato de sodio 0,01 M con 200 ml de nitrato de cinc 0,05 M?. Kps del carbonato de cinc = 2,2·10 11. R// Se formará precipitado 6.24.- La solubilidad del carbonato de plata es 0,0032 g/100 ml. Halla su Kps. ¿Se formará 70
6.- Equilibrios de solubilidad
precipitado cuando se mezclan 30 ml de disolución de carbonato de sodio 0,8 M con 450 ml de disolución de nitrato de plata 0,5 M?.(Ar: Ag=1O7,87 O=16 C=12) R// Kps=6,24.10 12 Habrá precipitación -
-4
25.- Se mezclan volúmenes iguales de disoluciones, 10 3 M de carbonato de sodio, y 10 M de cloruro de bario. Determinarar si precipitará carbonato de bario, si su Kps es 8·10 9. R// Se formará precipitado 26.- Una disolución acuosa tiene, en idénticas concentraciones, iones cloruro, yoduro y cromato, que pueden precipitar con el ion plata. ¿En qué orden precipitarán las correspondientes sales de plata al ir agregando paulatinamente una disolución acuosa de nitrato de plata?. Los Kps del cloruro de plata, yoduro de plata y cromato de plata son respectivamente, 1,7·10 10 1,5·10 16 y 1,9·10 12. R// 1º yoduro de plata, 2º cloruro de plata y 3º cromato de plata +
+
27.- Se tiene una disolución que es 0,001 M en Sr 2 y 2 M en Ca 2 y se le añade lentamente sulfato de sodio sólido, que es soluble. Hallar el catión que precipitará en primer lugar y su concentración cuando empiece a precipitar el otro catión. Los Kps del sulfato de estroncio y sulfato de calcio son + 0,0316 M respectivamente 7,6·10 7 y 2,4·10 5. R// precipita el Ca 2 28.- El pH de una disolución saturada de hidróxido de calcio tiene el valor de 12,434. Calcular la solubilidad y el pK ps del hidróxido de calcio. ¿Cuántos gramos de hidróxido de calcio precipitan si se mezclan 250 ml de disolución 0,01 M de nitrato de calcio con 50 ml de disolución 0,1 M de hidróxido de sodio. R// 0,0136 M pKps=5 No hay precipitación
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